Urodził się wWest Plains[5] wMissouri jako syn Hazel Victorii (z domu McCord; 1896–1992), stenografki, i Lorena Wayne’a „Cookie” Van Dyke’a (1898–1976), sprzedawcy[6][7]. Jego ojciec był z pochodzeniaHolendrem[8], a matka potomkinią Petera Browne’a – pasażera płynącego zAnglii na statkuMayflower[6]. Jego młodszy bratJerry McCord Van Dyke (1931–2018) był także aktorem. Dorastał wDanville wIllinois[9].
Van Dyke opuścił szkołę średnią w 1944, w swoim ostatnim roku nauki, zamierzając dołączyć doUnited States Army Air Forces na szkolenie pilotów podczasII wojny światowej. Kilkakrotnie odmówiono mu zaciągnięcia się z powodu niedowagi, ale ostatecznie został przyjęty do służby jako spiker radiowy, po czym przeniósł się do służb specjalnych i zebrał żołnierzy w kontynentalnych Stanach Zjednoczonych. Dyplom ukończenia szkoły średniej otrzymał w 2004 w wieku 78.
W 1947 został radiowymDJ w Danville. W 1947 Van Dyke został przekonany przezmima Phila Ericksona do stworzenia z nim duetu komediowego o nazwie „Eric and Van – the Merry Mutes”, który występował w klubie nocnym naZachodnim Wybrzeżu. Na początku lat 50. przenieśli sięAtlanty w stanieGeorgia i zagrali lokalny program telewizyjny z oryginalnymi skeczami i muzyką o nazwie „The Merry Mutes”.
W listopadzie 1959 Van Dyke zadebiutował naBroadwayu wGirls Against the Boys. Następnie od 14 kwietnia 1960 do 7 października 1961 grał główną rolę Alberta Petersona w musicaluBye Bye Birdie, za którą w 1961 otrzymałTony Award. W 1964 zdobyłnagrodę Grammy wraz zJulie Andrews za ścieżkę dźwiękową doMary Poppins w kategorii najlepszy album – muzyka dla dzieci. W 1980 wystąpił w tytułowej roli Harolda Hilla wThe Music Man[10]. Powszechną sławę zyskał jako Robert Simpson „Rob” Petrie w sitcomieCBSThe Dick Van Dyke Show (1961–1966)[11], za który w latach 1964–1966 odebrał trzy nagrodyEmmy.
12 lutego 1948 poślubił Margorie Willett, koleżankę z liceum. Mieli czworo dzieci: dwóch synów –Barry’ego Wayne’a (ur. 31 lipca 1951) i Christiana oraz dwie córki – Carrie-Beth i Stacy. 4 maja 1984 rozwiedli się. W latach 1976–2009 był związany z Michelle Triolą, która zmarła naraka płuc. 29 lutego 2012 ożenił się z makijażystką Arlene Silver. Jego wnukShane to także aktor.